Сварка и сварные соединения

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Введение

1. Определение процесса сварки

2. Типы сварочных работ

3. Виды сварных соединений

4. Классификация сварных швов

5. Расчет сварных соединений

Заключение

Список используемых источников

Введение

Для стыковки деталей в промышленности и строительстве используют различные технологии. Лидерскую позицию удерживает сварка. Она широко используется в машиностроении и других отраслях промышленности, при проведении строительных и ремонтных работ. Такую популярность можно объяснить высокой надежностью конструкций, получаемых в результате, и их прочностью. Технология экономически выгодна, отличается высокой производительностью. В производстве сварка нашла широкое применение, так как резко сокращается расход металла, сроки выполнения работ и трудоёмкость производственных процессов. Достигнутые успехи в области автоматизации и механизации сварочных процессов позволяет уменьшить затраты на единицу продукции, сократить длительность производственного цикла, улучшить качество изделия. Сварка в настоящее время является одним из ведущих процессов обработки металлов.

1. Определение процесса сварки

Сварка - это технологический процесс, в результате которого образуются неразъемные соединения материалов. Соединение происходит под воздействием температуры на межатомном уровне, в результате деформирования, либо при сочетании двух способов. Это технологический процесс, с помощью которого изготавливаются все основные конструкции гидротехнических сооружений, паровых и атомных электростанций, автодорожные, городские и железнодорожные мосты, вагоны, наводные и подводные корабли, строительные металлоконструкции, всевозможные подъемные краны и многие другие изделия.

Если некоторое время тому назад конструкции изготавливались в основном из относительно просто сваривающихся материалов, то в настоящее время, наряду с традиционными, для сварных конструкций применяются материалы с весьма различными физическими характеристиками: коррозионно-стойкие и жаропрочные стали и сплавы, никелевые и медные сплавы с особыми свойствами, лёгкие сплавы на алюминиевой о магниевой основах, титановые сплавы, ниобий, тантал и другие металлы и сплавы. Многообразие свариваемых конструкций и свойств материалов, используемых для изготовления, заставляют применять различные способы сварки, разнообразные сварочные источники теплоты.

Для сварочного нагрева и формирования сварного соединения используются: энергия, преобразованная в тепловую посредством дугового разряда, электронного луча, квантовых генераторов; джоулево тепло, выделяемое протекающим током по твёрдому или жидкому проводнику; химическая энергия горения, механическая энергия, энергия ультразвука и других источников.

Разнообразие способов сварки, отраслей промышленности, в которых её используют, свариваемых материалов, видов конструкций и огромные объёмы применения позволяют охарактеризовать технологический процесс сварки, как один из важнейших в металлообработке.

2. Типы сварочных работ

Сварка плавлением осуществляется при нагреве сильным концентрированным источником тепла (электрической дугой, плазмой и др.) кромок свариваемых деталей, в результате чего кромки в месте соединения расплавляются, самопроизвольно сливаются, образуя общую сварочную ванну, в которой происходят некоторые физические и химические процессы.

Сварка давлением осуществляется пластическим деформированием металла в месте соединения под действием сжимающих усилий. В результате различные загрязнения и окислы на свариваемых поверхностях вытесняются наружу, а чистые поверхности сближаются по всему сечению на расстояние атомного сцепления.

Основные виды сварки:

Ручная дуговая сварка осуществляется покрытыми металлическими электродами. К электроду и свариваемому металлу подводится переменный или постоянный ток, в результате чего возникает дуга, постоянную длину которой необходимо поддерживать на протяжении всего процесса сварки.

Дуговая сварка под флюсом. Сущность сварки состоит в том, что дуга горит под слоем сварочного флюса между концом голой электродной проволоки. При горении дуги и плавлении флюса создаётся газошлаковая оболочка, препятствующая отрицательному воздействию атмосферного воздуха на качество сварного соединения.

Дуговая сварка в защитном газе производится как неплавящимся (чаще вольфрамовым), так и плавящимся электродом. При сварке неплавящимся электродом, дуга горит между электродом и свариваемым металлом в защитном инертном газе. Сварочная проволока вводится в зону сварки со стороны. Сварка плавящимся электродом выполняется на полуавтоматах и автоматах. Дуга в данном случае возникает между непрерывно подающейся голой проволокой и свариваемым металлом. В качестве защитных газов применяют инертные (аргон, гелий, азот) и активные газы (углекислый газ, водород, кислород), а также смеси аргона с гелием, либо углекислым газом, либо кислородом; углекислого газа с кислородом и др.

Газовая сварка осуществляется путём нагрева до расплавления свариваемых кромок и сварочной проволоки высокотемпературным газокислородным пламенем от сварочной горелки. В качестве горючего газа применяется ацетилен и его заменители (пропан-бутан, природный газ, пары жидких горючих и др.)

Электрошлаковая сварка применяется для соединения изделий любой толщины в вертикальном положении. Листы устанавливают с зазором между свариваемыми кромками. В зону сварки подают проволоку и флюс. Дуга горит только в начале процесса. В дальнейшем после расплавления определённого количества флюса дуга гаснет, и ток проходит через расплавленный шлак.

Контактная сварка осуществляется при нагреве деталей электрическим током и их пластической деформации (сдавливании) в месте нагрева. Местный нагрев достигается за счёт сопротивления электрическому току свариваемых деталей в месте их контакта. Существует несколько видов контактной сварки, отличающихся формой сварного соединения, технологическими особенностями, способами подвода тока и питания электроэнергией.

Электронно-лучевая сварка. Сущность процесса сварки электронным лучом состоит в использовании кинетической энергии электронов, быстро движущихся в глубоком вакууме. При бомбардировке поверхности металла электронами подавляющая часть их кинетической энергии превращается в теплоту, которая используется для расплавления металла. Для сварки необходимо: получить свободные электроны, сконцентрировать их и сообщить им большую скорость, чтобы увеличить их энергию, которая при торможении электронов в свариваемом металле превращается в теплоту. Электронно-лучевой сваркой сваривают тугоплавкие и редкие металлы, высокопрочные, жаропрочные и коррозионностойкие сплавы и стали.

Плазменной сваркой можно сваривать как однородные, так и разнородные металлы, а также неметаллические материалы. Температура плазменной дуги, применяемой в сварочной технике, достигает 30000 C. Для получения плазменной дуги применяются плазмотроны с дугой прямого или косвенного действия. В плазмотронах прямого действия плазменная дуга образуется между вольфрамовым электродом и основным металлом. Сопло в таком случае электрически нейтрально и служит для сжатия и стабилизации дуги. В плазмотронах косвенного действия плазменная дуга создаётся между вольфрамовым электродом и соплом, а струя плазмы выделяется из столба дуги в виде факела. Дугу плазменного действия называют плазменной струёй. Для образования сжатой дуги вдоль её столба через канал в сопле пропускается нейтральный одноатомный (аргон, гелий) или двухатомный газ (азот, водород и другие газы, и их смеси). Газ сжимает столб дуги, повышая тем самым температуру столба.

Холодная сварка металлов. Сущность этого вида сварки состоит в том, что при приложении большого давления к соединяемым элементам в месте их контакта происходит пластическая деформация, способствующая возникновению межатомных сил сцепления и приводящая к образованию металлических связей. Сварка производится без применения нагрева. Холодной сваркой можно получать соединения встык, внахлёстку и тавр. Этим способом сваривают пластичные металлы: медь, алюминий и его сплавы, свинец, олово, титан.

Сварка трением выполняется в твёрдом состоянии под воздействием теплоты, возникающей при трении поверхностей свариваемых деталей, с последующим приложением сжимающих усилий. Прочное сварное соединение образуется в результате возникновения металлических связей между контактирующими поверхностями свариваемых деталей.

Высокочастотная сварка основана на нагревании металла пропусканием через него токов высокой частоты с последующим сдавливанием обжимными роликами. Такая сварка может производиться с подводом тока контактами и с индукционным подводом тока.

Сварка ультразвуком. При сварке ультразвуком неразъёмное соединение металлов образуется при одновременном воздействии на детали механических колебаний высокой частоты и относительно небольших сдавливающих усилий. Этот способ применяется при сварке металлов, чувствительных к нагреву, пластичных металлов, неметаллических материалов.

3. Виды сварных соединений

В зависимости от того как расположены заготовки между собой к основным видам сварочных соединений относят:

1. стыковые;

2. угловые;

3. нахлесточные;

4. тавровые;

5. торцевые.

Рисунок 1 Типы сварных соединений: а - стыковое, б - угловое, в - тавровое, г - нахлесточное, д - торцевое

Стыковые соединения - самые простые по выполнению. Ими соединяют заготовки, примыкающие друг к другу торцами, размещенные в одной плоскости или на ровной поверхности. Стыковым способом сваривают конструкции из листового проката, резервуары, трубы.

Угловые соединения - это сварные соединения двух металлических деталей под любым углом. Для повышения прочности соединения швы накладывают с обеих сторон. Внутренний угол сваривают малым током, чтобы снаружи не образовалось закругление. Угловым способом сваривают каркасы небольших строений, емкости, навесы, кузова грузовиков. Кроме этого устанавливают детали конструкций в труднодоступных местах.

Тавровое соединение - это сварное соединение торца одной детали с боковой поверхностью другой под прямым или небольшим углом. Тавровые соединения применяют преимущественно при сборке несущих конструкций.

Нахлесточными сварными швами соединяют параллельно расположенные металлические пластины, которые наложены одна на другую с небольшим перекрытием.

При выполнении торцевых соединений сваривают торцы заготовок, которые плотно примыкают одна к другой или расходятся от места стыка под углом не больше 30?.

4. Классификация сварных швов

Сварные швы по внешнему виду подразделяются на:

· нормальные (плоские);

· выпуклые (усиленные);

· вогнутые (ослабленные).

сварочный сварный шов автоматизация

Рисунок 2 Типы сварных швов по степени выпуклости

Выпуклые сварные швы лучше работают при статических (постоянных) нагрузках, однако они неэкономичны. Нормальные и вогнутые швы лучше подходят при динамических и знакопеременных нагрузках, поскольку за счет более плавного перехода от основного металла к сварному шву снижается вероятность возникновения концентрации напряжений, приводящих к разрушению шва.

По протяженности

В эту классификацию входят сплошные и прерывистые сварные швы, которые выполняют отрезками по 10 -- 30 см, но учитывается суммарная протяженность соединения. По расположению отрезков сварки прерывистые типы называют:

· цепными одно или двухсторонними, если разрывы равномерно расположены по обе стороны заготовки;

· шахматными двухсторонними, когда отрезки сварки на одной стороне сдвинуты относительно участков на другой;

· точечными при контактной сварке.

Рисунок 3 Виды сварных швов по протяженности

По количеству проходов

Независимо от типа сварочные швы выполняют одним или несколькими проходами. Выбор варианта определяется толщиной металла и необходимой прочностью. При каждом проходе наплавляется один валик. Если их расположить на одном уровне образуется слой сварного шва. Детали толщиной до 5 мм соединяют однопроходными швами. Угловые соединения из заготовок со стенками 6 -- 8 мм сваривают одним слоем, а стыковые двумя. Многослойные швы используют при работе с толстостенными элементами и для предотвращения термических деформаций.

Рисунок 4 Типы сварных швов по количеству проходов: а) однослойный, однопроходной; б) многослойный; в) многопроходной

5. Расчет сварных соединений

Для совершения расчета сварного шва необходимо знать некоторые параметры, от которых будет зависеть показатель прочности полученного скрепления элементов. Процесс растяжения и сжатия вычисляется по этой формуле:

, где

г_с - это условия работы, данный параметр является общепринятым и указывается в таблицах стандартных показателей для вычислений углового шва; R_wy - это сопротивление, которое характеризуется качеством металла, оно указано в специальных таблицах; N - это показатель максимальной нагрузки, которую может выдержать шов, и расчет напрямую от него зависит; t - толщина материала, из которого изготовлена свариваемая деталь; l_w - максимальная продолжительность всего шва, ее уменьшают на значение 2t.

Для конструкции, в которой предусмотрены угловые швы, вычисление сварного шва на отрыв проводится немного по другой формуле, так как следует учесть силу, которая направлена к центру тяжести. При подсчете, следует выбирать сечение с высокой опасностью. Расчет сварного шва на срез производится по общепринятой стандартной формуле:

, где

N - самая высокая нагрузка, оказывающая максимально давление на соединение; В_f, совместно с в_z - коэффициенты, которые берутся из таблицы; R_wf - этот показатель указывает на сопротивление срезу. Он берется из ГОСТовских таблиц; г_wf - 0,85 для шва, материал которого имеет нормативное сопротивление равное 4200 кгс/смІ; k_f - толщина будущего шва, измеряемая по линии сплавления; l_w - общая длина, заниженная на 10 мм.

Соединение внахлест. Это определенная технология выполнения шва, при которой один элемент накладывается на другой. Вычисление производится в зависимости от положения и типа шва, так как внахлест бывают лобовые, угловые и фланговые швы:

N / (в_z k_f l_w) ? R_wz г_wz г_c

Рассчитывая прочность дорожки при скреплении металлических элементов внахлест, используется минимальная S сечения, которая проходит сквозь меньшую высоту условного треугольника шва (без учета наплыва). Для ручной сварки при равных катетах шва эта высота равняется 0,7k_f.

Необходимость расчета по сечению с меньшей расчетной площадью напрямую связана с использованием сварочных материалов и с прочностью, превышающей прочность основного материала соединяемых элементов.

Заключение

Задачей сварочной операции является получение механически неразъемных соединений, подобных по свойствам свариваемому материалу. Это может быть достигнуто, когда по своей природе сварное соединение будет максимально приближаться к свариваемому металлу.

Свойства твёрдых тел, в том числе и механические (прочность, упругость, пластичность и др.), определяются их внутренними энергетическими связями, т.е. связями межмолекулярного, межатомного и ионного взаимодействия.

В зависимости от материала сварной конструкции, её габаритов, толщины свариваемого металла и других особенностей свариваемого изделия предпочтительное применение находят определённые разновидности электрической дуговой сварки.

Так, при изготовлении конструкций из углеродистых и низколегированных конструкционных сталей наибольшее применение находят как ручная дуговая сварка качественными электродами с толстым покрытием, так и автоматическая и полуавтоматическая сварка под флюсом, а так же сварка в углекислом газе; при сварке конструкций из высоколегированных сталей, цветных металлов и сплавов на их основе предпочтительное использование находит аргонно-дуговая сварка, хотя при определённых условиях применяются и некоторые другие разновидности электрической дуговой сварки.

Список используемых источников

1. https://svarkaprosto.ru/tehnologii/vidy-svarnyh-soedinenij-i-shvov

2. https://stud-wiki.org/stud.wiki/s/manufacture/2c0b65635a2ad68

3. https://svaring.com/welding/vidy/raznoobrazie-vidov-svarki

4. https://svarkaed.ru/svarka/shvy-i-soedineniya/raschet_svarnih_soedinenij.html

Размещено на Allbest.ru